森林工程專業(yè)單片機原理與應用教學改革研究與探討

王海濱，薛 偉，邢 濤，辛 穎，戈 兵

(東北林業(yè)大學，黑龍江哈爾濱 150040)

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森林工程專業(yè)單片機原理與應用教學改革研究與探討

王海濱，薛 偉*，邢 濤，辛 穎，戈 兵

(東北林業(yè)大學，黑龍江哈爾濱 150040)

結合單片機原理與應用課程的特點，根據(jù)森林工程專業(yè)學生已有的知識背景和專業(yè)人才培養(yǎng)體系對課程從教學內容、教學方法、實踐環(huán)節(jié)和考試方法等多方面進行改革，旨在通過采用“理論先行、實驗驗證”的理論實踐教學法，通過“案例教學”、“啟發(fā)教學”等多種教學方法，實施“三位一體”的考試改革，提高學生的學習興趣、實踐動手能力和綜合運用能力。

單片機原理與應用；人才培養(yǎng)體系；實踐環(huán)節(jié)；教學內容；考試方法

森林工程是指為開發(fā)與利用森林的一些必要的工程[1-2]。森林工程專業(yè)是我國同類學科中成立最早的專業(yè)，是東北林業(yè)大學最具歷史、底蘊深厚、辦學特色鮮明的專業(yè)之一。隨著森林工程被評為國家級特色專業(yè)、黑龍江省重點專業(yè)，森林工程的學科建設和專業(yè)人才也需要適應時代要求，積極尋求符合發(fā)展要求的教學方案，制訂合理的人才培養(yǎng)體系，將一些實用型課程納入專業(yè)課范疇，使老專業(yè)適應當今社會發(fā)展需求[3-8]。單片機原理與應用是機械電子工程專業(yè)、自動控制專業(yè)、計算機專業(yè)等許多專業(yè)的專業(yè)選修課，作為森林工程專業(yè)的專業(yè)選修課，是森林工程專業(yè)僅有的幾門電子類課程之一[9-10]。為突出專業(yè)特色，更好地與其他專業(yè)課銜接好，為后續(xù)專業(yè)課做好鋪墊，將相關的專業(yè)知識融入課程中，不能將其他專業(yè)的單片機原理與應用的教學大綱照搬過來作為森林工程專業(yè)的教學大綱、按部就班地進行講解，需要根據(jù)森林工程專業(yè)學生已有的知識背景和專業(yè)人才培養(yǎng)體系對單片機原理與應用進行課程改革。改革主要在以下幾方面進行：

1 課程開發(fā)

在制定教學大綱之前，需分析單片機原理與應用課程的特點，以此確定課程的指導思想和教學目標，而后考慮學生的相關知識基礎，考慮與其他課程的銜接，為后續(xù)專業(yè)課做好鋪墊，綜合以上因素確定講課內容，制定教學大綱。

單片機技術起源于20世紀80年代，最早應用于軍事領域，后逐步轉向民品開發(fā)，隨著電子信息技術的發(fā)展，世界各公司不斷地開發(fā)出各種專用型單片機，憑借著低廉的價格和微小的體積廣泛應用于手機、家電、玩具制造業(yè)等各領域。單片機技術具有很強的實用性，單片機原理與應用課程是一門實踐性很強的課程。為了使學生更好地學習并掌握單片機技術，確定單片機原理與應用課程的指導思想為理論與實踐相結合；教學目標為以社會需求為導向，突出實用性。

在教學思想和教學目標的指導下。確定單片機原理與應用課程主要教學內容為：芯片內部結構、芯片外圍電路、芯片編程語言、單片機的定時器、中斷系統(tǒng)和串口部分。

為突出實用性，僅對芯片內部結構進行總體講解而不詳細介紹內部電路工作原理圖，主要介紹芯片內部由哪幾部分組成、每部分的功能。

為實現(xiàn)理論與實踐的完美結合，在講課的過程中通過便攜式實驗儀器為學生展開課堂實驗，并讓學生現(xiàn)場操作，以加深其對理論知識的理解。

考慮到森林工程專業(yè)的學生在此之前所學電類課程較少，在課程講授初期本著“細而慢的原則”加強對基礎知識的講解，根據(jù)學生的知識背景以學生理解為前提，逐步深入講解。為此，在緒論和芯片內部結構兩章之間添加芯片二進制數(shù)的由來和二進制信息的表達這一部分內容，為后續(xù)的芯片內部結構和芯片編程語言打下伏筆。

考慮到該門課程與其他課程的銜接，在芯片編程語言這一章，主要講解匯編語言，雖然C語言也是單片機的芯片語言，但由于之前學生們學過匯編語言這門課，故從匯編語言方面講解學生更容易理解。由于森林工程專業(yè)還開設工程測試技術課程，故在傳感測試儀器方面不做過多講解，在單片機系統(tǒng)設計方面，在測試接收外部各類信號時，融入傳感器相關知識，以實現(xiàn)課程間的融會貫通，提高學生的綜合分析能力。為實現(xiàn)對后續(xù)專業(yè)課程的銜接，在單片機發(fā)展展望這一部分，講解“FFGA技術”，介紹單片機技術與FFGA技術之間的關系，為學生學習FFGA技術做好鋪墊工作。

2 課程實施

2.1 教學方法的選擇在教學過程中，選擇合適的、恰當?shù)慕虒W方法能夠起到事半功倍的效果[11-14]，考慮到單片機原理與應用課程的特點，在授課過程中采用“理論先行、實驗驗證”的理論實踐教學法。

對于理論知識的講解采用“多媒體為主，板書為輔”的講課模式。采用“案例教學”“啟發(fā)教學”等多種教學方法激發(fā)學生的學習興趣。采用“類比教學法”加速學生對理論知識的理解。在理論知識講解完畢后，展開課堂實驗以加深對理論知識的理解，提高單片機的應用能力。實驗包括兩方面：軟件仿真實驗和軟硬件綜合實驗。軟件仿真實驗是在計算機上安裝kell或vw軟件，啟動軟件，在軟件內部鍵入并運行單片機指令和程序，實現(xiàn)對單片機程序的模擬仿真，軟件仿真實驗主要應用在單片機芯片語言講解這一章。軟硬件綜合實驗是利用便攜式單片機開發(fā)系統(tǒng)在課堂針對所講解的內容展開實驗，將編譯并調試好的單片機程序燒錄到便攜式教學儀器的單片機芯片中，啟動電源，使單片機不斷重復地運行單片機程序指令操縱并控制單片機系統(tǒng)外部硬件電路，實現(xiàn)單片機系統(tǒng)電路的各種功能。軟硬件綜合實驗主要應用在單片機定時器、單片機中斷系統(tǒng)和串口部分中。圖1所示為森林工程專業(yè)的學生采用便攜式單片機開發(fā)系統(tǒng)進行軟硬件綜合實驗。

2.2 實踐環(huán)節(jié)的實施為激發(fā)學生的學習興趣，達到良好的教學效果，在理論知識的講解過程中應當設置實踐環(huán)節(jié)以加深學生們對理論知識的理解程度[15-17]。實踐環(huán)節(jié)的實施主要包含以下三方面：①針對單片機系統(tǒng)硬件電路學習potel軟件，利用potel軟件繪制電路原理圖、PCB布線圖，定制印刷電路板，手工焊接并調試印刷電路板。圖2所示為學生焊接完成后的單片機系統(tǒng)印刷電路板照片。②針對單片機系統(tǒng)編程指令學習keil軟件進行系統(tǒng)編程指令進行軟件模擬仿真，學習proeteus軟件對編程指令進行硬件模擬仿真；③針對單片機定時計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串口部分安排實驗環(huán)節(jié)，在實驗中以單片機實驗開發(fā)板為核心，利用keil軟件和proeteus軟件進行軟硬件編程模擬仿真，軟硬件仿真無誤后在單片機實驗開發(fā)板上運行程序代碼，軟硬件聯(lián)調驗證、校核實驗結果，對學生們的軟硬件綜合運用能力進行鍛煉。實踐環(huán)節(jié)的實施思路是由淺入深，不斷強化，綜合鍛煉學生們的綜合實踐能力，將課堂知識學以致用。

2.3 考試改革為綜合評價學生們的學習效果，需要對傳統(tǒng)的考試方法進行改革[18-20]，采用“三位一體”的考試方式，學生們的最終考核成績由理論考試、上機考試、實驗考試三部分綜合組成。理論考試主要考核學生們對單片機系統(tǒng)硬件知識的掌握程度；上機考試主要考核學生們對單片機系統(tǒng)編程指令的熟練程度；實驗考試主要考核學生們對單片機技術的綜合運用能力。對比考試改革前后學生對知識的掌握程度發(fā)現(xiàn)，考試改革前，學生對單片機的掌握局限于理論層面，實踐應用能力較弱，需進一步提高；考試改革后，學生對單片機的理解認識深入，不局限于理論層面，實際動手操作能力也很強，能夠運用單片機編寫簡單的程序指令，搭建簡單的單片機系統(tǒng)電路，具有一定的實踐應用能力。在考試方法改革的宏觀引導作用下，學生對課程的綜合掌握程度提高，教學效果良好。

3 結語

單片機原理與應用課程改革緊緊圍繞森工系教學大綱，通過課程改革的逐步實施，采取有效的教學方法，提高了學生們的學習興趣，實際動手操作能力增強，能夠理論聯(lián)系實際，綜合運用單片機技術和其他課程所學知識去解決一些簡單的工控問題。如果有更多的專業(yè)課實施“理論先行、實驗驗證”的理論實踐教學法，采用“案例教學”、“啟發(fā)教學”等多種教學方法激發(fā)學生的學習興趣并通過“三位一體”的考試改革對學生的學習目標進行宏觀指導，會使森工系的學生更優(yōu)秀，更具有競爭力。

[1] 林業(yè)部森林工程指導委員會.關于森林工程與森林工程專業(yè)[J].森林采運科學,1994(1):56-58.

[2] 王亞玲,劉洪柱,孫景林,等.森林工程專業(yè)實踐教學管理探索與研究[J].中國校外教育,2010(6):106.

[3] 薛偉,辛穎,楊鐵濱,等.基于現(xiàn)代林業(yè)發(fā)展的森林工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案的制定原則[J].中國林業(yè)教育,2010(3):20-22.

[4] 薛偉,耿志偉,萬雷.森林工程專業(yè)人才培養(yǎng)質量創(chuàng)新體系的構建研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2014(18):6088-6089，6093.

[5] 朱玉杰.面向21世紀森林工程專業(yè)教學內容改革的探討[J].森林工程,1999(1):28-40.

[6] 李琪,徐慶福.森林工程學科在現(xiàn)代林業(yè)中的地位和作用[J].黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學院學報,2010(4):1-4.

[7] 辛穎,薛偉,侯衛(wèi)萍,等.森林工程國家級特色專業(yè)實踐教學改革研究[J].實驗室研究與探索,2012(10):361-363.

[8] 薛偉,辛穎,楊鐵濱,等.基于現(xiàn)代林業(yè)發(fā)展的森林工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案的制定原則[J].中國林業(yè)教育,2010(3):20-22.

[9] 王海濱,薛偉,郭艷玲.森林工程專業(yè)《單片機原理與應用》課程的“綜合教學法”[J].森林工程,2011(6):89-90，94.

[10] 王海濱,薛偉,郭艷玲,等.《單片機原理與應用》課程的實踐教學法探索[J].森林工程,2012(5):110-112.

[11] 白文林,尹榮煥,楊桂芹,等.高等農(nóng)業(yè)院校動物科學教育教學改革的思考[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2007(24):7667-7668.

[12] 樊冬溫,劉明剛,杜鵬東,等.森林工程裝備系統(tǒng)體系的構建[J].林業(yè)機械與木工設備,2009(11):22-25.

[13] 楊瑞吉.農(nóng)業(yè)生態(tài)學的多樣化教學模式研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2011(10):6272-6274.

[14] 李培根,許曉東,陳國松.我國本科工程教育實踐教學問題與原因探析[J].高等工程教育研究,2012(3):1-6.

[15] 杜敏華,楊建偉,劉雅婷,等.多媒體技術在中學生物教學中的應用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2010(18):9891-9892，9910.

[16] 尹寧偉.中國一流大學實踐教學體系建構的新趨勢——基于《“985工程”大學2010年度本科教學質量報告》的文本分析[J].中國大學教學,2012(5):82-88，96.

[17] 劉占柱,姚丹.農(nóng)業(yè)院校多媒體教學中存在的問題及對策研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2010(22):12263-12265.

[18] 張英彥.論高校實踐教學目標[J].教育研究,2006(5):46-49，58.

[19] 朱建春,張紅,李榮華.對綜合創(chuàng)新實踐教學的經(jīng)驗性探索[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2009(22):10802-10803，10807.

[20] 周建平.大學實踐教學的變革:情境學習理論的視角[J].高教探索,2009(4):80-83.

Research and Discussion on Fundamentals and Application of MCU Teaching Reform of Forest Engineering

WANG Hai-bin, XUE Wei*, XING Tao et al

(Northeast Forestry University, Harbin, Heilongjiang 150040)

This article mainly introduces features of the MCU course, puts forward a curriculum reform from content, teaching method, practicing and examination on the basis of students’ knowledge and professional training system. It should adopt theory with practice teaching which we should learn theory first, then verify with experiment. The curriculum reform introduces case teaching, heuristic mode of teaching and implements examination of three form an organic whole. This will take the important role of enhancing the interest in study, ability of practice and comprehensive application.

Fundamentals and application of MCU; Personnel training system; Practice link; Teaching content; Examination method

國家農(nóng)業(yè)工程師卓越項目。

王海濱(1979-)，男，黑龍江綏棱人，講師，博士，從事農(nóng)林采摘機械研究。*通訊作者，教授，博士，從事森林工程研究。

2014-11-07

S-01

A

0517-6611(2015)01-344-02